Lumina este o undă sau o particulă? Este ambele în același timp și, de fapt, același lucru este valabil și pentru electroni, așa cum a demonstrat Paul Dirac când și-a introdus ecuația relativistică a funcției de undă în 1928. După cum se dovedește, lumina și materia - cam tot ceea ce compune universul material - sunt compuse din quante, care sunt particule cu caracteristici de undă.
Un reper major pe drumul către această concluzie surprinzătoare (la acea vreme) a fost descoperirea efectului fotoelectric de către Heinrich Hertz în 1887. Einstein a explicat-o în termeni de teorie cuantică în 1905 și, de atunci, fizicienii au acceptat că, în timp ce lumina se poate comporta ca o particulă, este o particulă cu o lungime de undă și o frecvență caracteristice, iar aceste cantități sunt legate de energia luminii sau radiații.
Lungimea de undă a fotonului Max Planck legat de energie
Ecuația convertorului de lungime de undă provine de la tatăl teoriei cuantice, fizicianul german Max Planck. În jurul anului 1900, el a introdus ideea cuanticului în timp ce studia radiațiile emise de un corp negru, care este un corp care absoarbe toate radiațiile incidente.
Cuantica a ajutat la explicarea de ce un astfel de corp emite radiații în cea mai mare parte în mijlocul spectrului electromagnetic, mai degrabă decât în ultraviolete, așa cum a prezis teoria clasică.
Explicația lui Planck a susținut că lumina constă din pachete discrete de energie numite quanta sau fotoni și că energia nu putea lua decât valori discrete, care erau multipli ai unui universal constant. Constanta, numită constanta lui Planck, este reprezentată de literăhși are o valoare de 6,63 × 10-34 m2 kg / s sau echivalent 6,63 × 10-34 joule-secunde.
Planck a explicat că energia unui foton,E, a fost produsul frecvenței sale, care este întotdeauna reprezentat de litera greacă nu (ν) și această nouă constantă. În termeni matematici:E = hν.
Deoarece lumina este un fenomen de undă, puteți exprima ecuația lui Planck în termeni de lungime de undă, reprezentată de litera greacă lambda (λ), deoarece pentru orice undă, viteza de transmisie este egală cu frecvența sa de lungimea ei de undă. Deoarece viteza luminii este o constantă, notată cuc, Ecuația lui Planck poate fi exprimată ca:
E = \ frac {hc} {λ}
Ecuația de conversie a lungimii de undă la energie
O simplă rearanjare a ecuației Planck vă oferă un calculator instantaneu de lungime de undă pentru orice radiație, presupunând că cunoașteți energia radiației. Formula lungimii de undă este:
λ = \ frac {hc} {E}
Ambiihșicsunt constante, deci ecuația de conversie a lungimii de undă la energie afirmă practic că lungimea de undă este proporțională cu inversul energiei. Cu alte cuvinte, radiația cu lungime de undă lungă, care este lumină spre capătul roșu al spectrului, are mai puțină energie decât lumina cu lungime de undă scurtă de la capătul violet al spectrului.
Păstrați-vă unitățile drepte
Fizicienii măsoară energia cuantică într-o varietate de unități. În sistemul SI, cele mai comune unități de energie sunt juliile, dar sunt prea mari pentru procesele care au loc la nivel cuantic. Electronul-volți (eV) este o unitate mai convenabilă. Este energia necesară pentru a accelera un singur electron printr-o diferență de potențial de 1 volt și este egală cu 1,6 × 10-19 jouli.
Cele mai comune unități pentru lungimea de undă sunt ångstroms (Å), unde 1 Å = 10-10 m. Dacă cunoașteți energia unei cuantice în electroni-volți, cel mai simplu mod de a obține lungimea de undă în ångstroms sau metri este de a converti mai întâi energia în jouli. Apoi îl puteți conecta direct la ecuația lui Planck și folosind 6,63 × 10-34 m2 kg / s pentru constanta lui Planck (h) și 3 × 108 m / s pentru viteza luminii (c), puteți calcula lungimea de undă.